现代光电仪器共性技术与系统集成 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:

作者:萧泽新

出品人:

页数:179

译者:

出版时间:2008-6

价格:28.00元

装帧:

isbn号码:9787121065149

丛书系列:

图书标签:

• 光电仪器
• 系统集成
• 现代光电技术
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• 光学工程
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• 仪器仪表
• 实验技术

现代光电仪器共性技术与系统集成 本书是一部深入探讨现代光电仪器设计、开发与集成领域核心共性技术与系统实现策略的专业著作。 随着信息技术和材料科学的飞速发展，光电技术已渗透到国民经济的诸多关键领域，从精密测量、环境监测到生物医学成像、国防安全，无不闪耀着光电仪器的身影。然而，无论是高端科研设备还是大规模工业应用产品，现代光电仪器的研制都面临着共同的技术挑战：如何实现更高精度、更强鲁棒性、更低成本以及更灵活的系统集成能力。本书正是针对这些共性难题，提供了一套系统化、理论与实践相结合的解决方案。 本书聚焦于支撑所有光电器件和系统高效运行的底层通用技术栈，而不是针对特定应用（如仅讨论光谱仪或仅讨论激光雷达）的详细技术实现。全书内容围绕“共性”与“集成”两大核心理念展开，力求为工程技术人员、科研工作者以及相关专业的高年级学生提供一份全面的技术参考手册。 --- 第一部分：光电系统基础理论与关键物理层共性技术 本部分着重回顾并深化了支撑所有光电系统运行的基础物理原理，并深入剖析了在不同光电体制下必须面对的共性挑战，特别是噪声控制和信号完整性问题。 第一章：光电信息获取与转换的物理极限 本章探讨了光与物质相互作用的基本规律，聚焦于信息捕获阶段的物理限制。内容涵盖了从量子效率、散粒噪声（Shot Noise）到热噪声（Johnson-Nyquist Noise）的系统性分析。重点在于建立一个跨越可见光、红外乃至太赫兹波段的统一噪声模型，并讨论如何通过优化光敏材料选择和探测器结构设计来逼近理论极限。讨论了波前畸变与衍射极限对系统分辨率的根本制约，并引入了像差理论的广义描述框架，为后续光学系统设计打下基础。 第二章：先进光源技术的共性挑战与优化策略 现代光电仪器对光源的性能要求日益苛刻，需要高稳定性、窄线宽、可调谐性以及高功率密度。本章不偏重于某一特定激光器类型的详细构造，而是从通用性能指标出发，系统梳理了半导体激光器（如DFB、VCSEL）、固体激光器以及超快光源在工作寿命、模式控制、光束质量M²因子一致性方面的共性瓶颈。特别引入了基于反馈控制的频率/功率稳定化技术，这是所有高精度测量仪器（如激光干涉仪、相干通信系统）的共同需求。 第三章：高速、低噪声信号调理与数字化 从光子转化为电信号后，如何有效地放大、滤波和数字化，是决定系统最终信噪比（SNR）的关键。本章详细阐述了跨阻抗放大器（TIA）在不同带宽需求下的设计原则，尤其关注宽带、低输入阻抗下的寄生电容补偿技术。在数字化方面，深入分析了ADC（模数转换器）的有效位数（ENOB）与系统工作频率的权衡，并讨论了欠采样技术在提高系统效率方面的应用，这是所有依赖快速数据采样的仪器（如高光谱成像、时域反射计）的共性技术难点。 --- 第二部分：光机电一体化中的核心共性技术 光电仪器不仅仅是光学元件的堆砌，而是精密的光、机、电部件高度耦合的复杂系统。本部分侧重于实现高稳定性和高可靠性的机械结构设计、精密运动控制以及系统级的热管理。 第四章：高精度光机结构设计与集成公差分析 光电系统对振动、漂移和装配误差极其敏感。本章提出了面向光电仪器的结构设计规范，强调刚度、阻尼与质量的优化匹配。引入了基于有限元分析（FEA）的模态分析方法，用以预测系统在不同工作环境下的机械共振频率和位移响应。重点讲解了“软连接”与“硬连接”在隔振设计中的应用原则，以及如何应用公差链分析来量化和分配关键光学对准参数（如焦平面一致性、出瞳位置）的允差，确保批量生产的一致性。 第五章：精密运动控制与反馈系统集成 许多现代光电仪器（如自适应光学系统、高精度扫描仪、波束指向系统）依赖于纳米级甚至亚纳米级的实时运动控制。本章不局限于特定的执行器（如压电陶瓷或音圈电机），而是系统探讨了从位置传感（电容式、光栅式）、驱动器的选型到闭环控制算法（PID、滑模控制、LQR）的统一设计流程。强调了如何处理运动过程中的滞环效应和动态误差补偿，这是实现高动态范围扫描和跟踪功能的核心技术。 第六章：环境适应性与热稳定性设计 温度变化是光电系统性能退化的主要原因之一。本章提出了系统的热管理策略。内容包括热源识别、传热路径分析（传导、对流、辐射）以及散热方案的优化选择（如导热界面材料TIMs的使用、主动温控回路）。更重要的是，本章讨论了如何通过材料选择和结构设计来最小化“热变形”对光路和焦距的影响，例如使用零膨胀系数材料构建关键支撑结构，以及设计具有热对称性的光学装配体。 --- 第三部分：系统集成、测试与智能化平台 系统的最终性能取决于各子模块之间高效、可靠的连接，以及一套科学的验证流程。本部分关注系统级的集成方法论和面向未来的智能化趋势。 第七章：面向模块化与标准化的接口定义与数据交换 在构建复杂的、多功能的光电系统时，标准化接口至关重要。本章探讨了硬件接口（如电源分配、时序同步）和软件接口（如控制协议、数据格式）的共性要求。详细介绍了工业以太网（如EtherCAT）、高速串行总线（如PCIe、Gigabit Ethernet）在光电数据回传中的应用特点和选型依据。强调了系统级时钟域管理，确保跨模块数据的同步精度，这对于实现时间分辨或相干测量至关重要。 第八章：系统级性能验证与不确定度评估 如何科学地证明一个复杂仪器的性能是否达标，以及其测量结果的可靠性，是工程验收的核心环节。本章系统阐述了从单模块指标到系统整体指标的传递关系。引入了基于“量值溯源”的系统不确定度评估方法，指导工程师如何量化系统误差来源（如系统漂移、交叉耦合、环境敏感性）并进行误差预算分配。讨论了先进的交叉验证技术，如使用外部标准源进行系统级标定和漂移监控。 第九章：面向边缘计算与智能运维的光电系统架构 展望未来，光电仪器将越来越多地集成计算能力以实现实时决策和自适应优化。本章探讨了将嵌入式处理器、FPGA或GPU集成到仪器本体中的系统架构模式。重点关注低延迟数据预处理（如图像滤波、特征提取）在边缘端完成的必要性。此外，还讨论了基于数字孪生（Digital Twin）理念对光电系统进行健康监测、故障预测和远程维护（PHM）的初步架构设计思路，旨在最大化仪器的运行时间和可靠性。 --- 总结： 本书内容层层递进，从微观的物理极限到宏观的系统架构，全面覆盖了现代光电仪器研制过程中必须跨越的共性技术鸿沟。它旨在提供一个通用的、面向工程实践的知识框架，帮助读者跳出特定产品的思维定式，掌握构建任何高性能光电设备所需的核心底层能力。本书适合于有一定光学、电子或精密机械基础的工程师和研究人员作为进阶参考资料。

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这本书的参考文献和附录部分，简直是一座小型的信息宝库，显示了作者扎实的学术根基和严谨的治学态度。我注意到引用的文献覆盖了近二十年的重要期刊和会议论文，从经典理论到最新的研究进展都有所涉猎，这确保了书中的信息既有权威性又有前沿性。更让我惊喜的是，一些关键公式的推导过程，作者不仅给出了最终结果，还在脚注中简要解释了每一步假设的前提和局限性，这对于想要深入探究其原理的读者来说，提供了极大的便利。对于我们这些需要进行技术预研和方案论证的人来说，拥有一个可靠且溯源清晰的知识源头至关重要。这本书就像一个高度提纯的知识浓缩液，通过系统化的梳理和提炼，将复杂的技术体系化地呈现出来，避免了读者在浩瀚的原始文献中迷失方向。它为构建一个稳固的技术认知基石，提供了坚实且可靠的支撑。

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这本书的内容深度和广度，着实让我这个在相关领域摸爬滚打多年的工程师感到有些意外的惊喜。它并没有停留在对单一光电器件参数的罗列上，而是非常巧妙地将不同领域的技术脉络进行了贯穿和融合。例如，在探讨高精度测量系统时，作者并没有仅仅停留在理论公式的推导，而是深入剖析了如何将先进的激光源技术与高灵敏度的探测器进行最优化的耦合，这其中涉及到的噪声抑制和信号处理环节的论述，显得尤为犀利和独到。我尤其欣赏作者对于“系统级优化”这一概念的强调，它突破了传统分立元件思维的束缚，着眼于整体性能的最大化。书中对不同集成方案的优劣势对比分析，引用了大量实际工程案例作为佐证，这使得理论知识瞬间变得“可触摸”和“可操作”。很多教科书往往只讲‘是什么’，而这本书却着重阐释了‘如何才能做得更好’，这种实践导向的思维方式，对于我们这些需要在真实环境中解决问题的技术人员来说，无疑是醍醐灌顶般的存在。

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阅读这本书的过程中，我最大的感受是作者在知识体系构建上的强大逻辑梳理能力。它就像一条精心铺设的知识高速公路，从基础的光学原理、半导体物理出发，层层递进，最终汇聚到复杂的系统集成层面。这种由浅入深的结构安排，极大地降低了学习门槛。我尝试用更宏观的视角去看待这些技术栈，发现作者似乎在每一章节的过渡处都埋设了巧妙的“承上启下”的论述，使得知识点之间的关联性非常紧密，避免了技术堆砌的松散感。例如，在前面对特定调制技术的介绍后，紧接着就展开了在高速数据传输场景中，如何通过优化控制算法来弥补硬件的固有延迟，这种跨学科的整合视角，展现了作者深厚的学术功底和广阔的视野。对于一名希望构建完整知识图谱的自学者来说，这本书提供了一个近乎完美的框架，它不仅教会你具体的“招式”，更重要的是，它让你理解了所有招式背后的“武学总纲”。

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这本书的装帧设计真是让人眼前一亮，封面那种深邃的蓝色调配上简洁的银色字体，透露着一种严谨又不失现代感的气息。翻开扉页，我首先注意到的是排版布局的精妙之处。字体大小适中，行距宽松有度，即便是长时间阅读也不会感到视觉疲劳。内页纸张的质感也非常棒，微微泛黄的米白色纸张，拿在手里沉甸甸的，显示出出版社在细节上的用心。更值得称赞的是，书中的图表和插图部分的处理——那些复杂的电路原理图和系统结构示意图，线条清晰、层次分明，即便是初次接触相关领域的读者，也能大致把握其核心逻辑。特别是那些高分辨率的放大细节图，极大地帮助理解了光电器件的内部构造。这样的用心，使得阅读体验从一开始就建立了一种专业、可靠的基调，让人对手中的知识内容充满了期待，感觉这不仅仅是一本技术手册，更像是一件精心打磨的工艺品。这种对物理形态的重视，在如今数字化阅读盛行的时代，显得尤为可贵，它成功地将阅读行为升华为一种沉浸式的体验。

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这本书的语言风格，与其说是学术著作，不如说更像一位经验丰富的导师在进行一对一的深度交流。它的叙述并不像某些技术文档那样板着脸孔，而是充满了洞察力和人文关怀。在阐述一些极其复杂的算法或物理过程时，作者会适当地穿插一些生动的类比或者历史背景的介绍，这极大地调动了读者的求知欲，让那些原本可能晦涩难懂的概念变得生动起来。我特别喜欢其中几处对“设计哲学”的探讨，它引导我们思考在资源有限的情况下，如何在性能、成本和可靠性之间做出最优的权衡取舍。这种对工程伦理和现实限制的深刻反思，是任何单纯的公式推导所无法替代的。它教会读者用一种更加成熟和审慎的态度去面对技术难题，而不是盲目追求指标的极限。这种润物细无声的影响，对于提升读者的综合工程素养，价值是不可估量的。

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